آموزش تنظيم قدرت و سرعت ليزر

دستگاه‌هاي برش ليزري يكي از انواع ماشين‌آلات پيشرفته هستند كه با استفاده از پرتو ليزر، قابليت برش و حكاكي مواد مختلف را دارند. اين دستگاه‌ها به‌طور گسترده‌اي در صنايع مختلفي مانند توليد فلز، كار با چوب، پلاستيك و شيشه به كار مي‌روند. كنترل اين ماشين‌ها به صورت كامپيوتري انجام مي‌شود، كه اين نكته باعث كاهش نياز به تعمير و نگهداري مكرر آنها مي‌گردد. به دليل دقت و سرعت بالا در برش و حكاكي، اين دستگاه‌ها به عنوان ابزاري كارآمد در فرآيندهاي توليد و طراحي شناخته مي‌شوند و توانايي ايجاد طرح‌هاي پيچيده و ظريف را دارند. همچنين، استفاده از فناوري ليزر در اين دستگاه‌ها، موجب افزايش بهره‌وري و كاهش ضايعات در حين كار مي‌شود. اين مقاله به شما كمك مي‌كند تا با تنظيم قدرت و سرعت ليزر آشنا شويد.

در اين بخش به بررسي روش‌هاي تنظيم پارامترهاي مربوط به حكاكي و برش با ليزر خواهيم پرداخت. بدون اتلاف وقت، به سراغ اصل موضوع مي‌رويم.

ابتدا توضيحاتي درباره ماهيت اين پارامترها و عملكرد آن‌ها ارائه مي‌دهيم. پس از آن، به نحوه انجام آزمايشات پارامترها خواهيم پرداخت تا بتوانيم بهترين تركيب از مقادير مورد نياز را پيدا كنيم. اين فرآيند به ما اين امكان را مي‌دهد كه بهينه‌ترين تنظيمات را براي دستيابي به نتايج مطلوب در پروژه‌هاي حكاكي و برش با ليزر بيابيم.

پارامترهاي حياتي براي تنظيم قدرت و سرعت ليزر

قدرت ليزر

قدرت ليزر، ميزان انرژي توليد شده توسط پرتو ليزر را تعيين مي‌كند و اين مقدار مي‌تواند به صورت درصدي بين ۰ تا ۱۰۰ تنظيم شود. در فرآيند حكاكي با ليزر، افزايش قدرت ليزر منجر به تيره‌تر شدن رنگ حكاكي خواهد شد. در مورد برش ليزري، ليزر با قدرت بيشتر قادر است برش‌هاي عميق‌تري ايجاد كند، اما در عين حال ممكن است لبه‌هاي برش به شدت زغال‌زده شوند. براي دستيابي به الگوهاي واضح در حكاكي يا برش مواد، نياز به تنظيم قدرت ليزر داريم. با اين حال، استفاده از قدرت بيش از حد مي‌تواند مشكلاتي را به همراه داشته باشد. بنابراين، حفظ پارامتر قدرت ليزر در يك محدوده مناسب از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. اين نكته كليدي در فرآيندهاي حكاكي و برش ليزري مي‌تواند تأثير زيادي بر كيفيت نهايي كار داشته باشد و بايد با دقت مورد توجه قرار گيرد.

سرعت ليزر

سرعت كار به سرعت حركت سر ابزار ليزر در حين فرآيند حكاكي و برش ليزري اشاره دارد. هنگامي كه توان ليزر بر روي يك مقدار ثابت تنظيم مي‌شود، افزايش سرعت حركت سر ابزار باعث مي‌شود كه زمان كمتري اشعه ليزر بر روي قطعه كار باقي بماند و در نتيجه انرژي كمتري توسط قطعه كار جذب گردد. در زمينه حكاكي ليزري، با افزايش سرعت كار و ثابت ماندن ديگر پارامترها، رنگ حكاكي روشن‌تر خواهد شد. در برش ليزري نيز، افزايش سرعت كار به عمق كم‌تر برش‌ها و كاهش زغال شدن لبه‌هاي برش منجر مي‌شود.

زمان ماندن (Dwell Time) به مدت زماني اطلاق مي‌شود كه يك نقطه ليزري از سر ابزار در حين حكاكي و برش ليزري بر روي قطعه كار باقي مي‌ماند. در حكاكي ليزري، با انتخاب حالت Dot-filled Engraving، اين امكان وجود دارد كه زمان ماندن را تنظيم كنيد. هر دو پارامتر سرعت كار و زمان ماندن براي كنترل مدت زمان تأثير ليزر بر روي قطعه كار استفاده مي‌شوند و به اين ترتيب، ميزان انرژي جذب شده توسط قطعه كار را مديريت مي‌كنند. كاهش زمان ماندن به معناي روشن‌تر شدن رنگ حكاكي است.

هر دو عامل قدرت ليزر و سرعت كار (زمان ماندن) به شدت بر فرآيند حكاكي و برش ليزري تأثيرگذارند و نحوه انجام اين عمليات را تعيين مي‌كنند. در هنگام آزمايش پارامترهاي كاري، عموماً قدرت ليزر همراه با سرعت كار تنظيم مي‌شود تا بهترين تركيب ممكن براي دستيابي به نتايج مطلوب مشخص گردد. اين دو پارامتر به گونه‌اي با يكديگر مرتبط هستند كه مي‌توانند بر يكديگر تأثير بگذارند و محدوديت‌هايي را ايجاد كنند.

فاصله پر كردن

حكاكي ليزري به دو روش اصلي انجام مي‌شود: روش اول حكاكي با خطوط پر شده است كه در اين حالت الگو با استفاده از خطوط طراحي مي‌شود. روش دوم، حكاكي نقطه‌اي است كه در آن الگو با نقاط ايجاد مي‌شود. فاصله‌اي كه بين خطوط يا نقاط وجود دارد، نقش مهمي در شكل‌گيري الگو دارد. در حكاكي با خطوط پر شده، اين فاصله تعيين‌كننده چگونگي نمايان شدن الگو به شمار مي‌آيد. اگر اين فاصله زياد باشد، الگو ممكن است به رنگ روشن يا حتي ناپيوسته به نظر برسد. از سوي ديگر، اگر فاصله كم باشد، خطوط به هم نزديك مي‌شوند و ممكن است تصوير نهايي بسيار تيره و نامشخص شود. بنابراين، انتخاب فاصله مناسب براي پر كردن در حكاكي ليزري از اهميت ويژه‌اي برخوردار است تا بتوان به بهترين نتيجه در ايجاد الگو دست يافت.

در تكنيك حكاكي پر از نقطه، الگوها بر اساس فاصله بين نقاطي كه تشكيل‌دهنده آن هستند، ايجاد مي‌شوند. اگر اين فاصله بيش از حد زياد باشد، رنگ حكاكي روشن و ممكن است جزئيات آن به وضوح ديده نشود. از سوي ديگر، اگر فاصله بسيار كم باشد، نقاط به هم نزديك شده و رنگ حكاكي تيره و الگو نامشخص خواهد شد.

تفاوت اصلي بين حكاكي پر از خط و حكاكي پر از نقطه در نحوه تنظيم فاصله پر كردن است. در حكاكي پر از خط، تنها كافي است فاصله بين هر خط و خط مجاور آن را در نظر بگيريم. اما در حكاكي پر از نقطه، بايد به فاصله بين هر نقطه و تمامي نقاط اطراف آن توجه كنيم. اين موضوع باعث مي‌شود كه تنظيم فاصله پر كردن در حالت حكاكي پر از نقطه پيچيده‌تر باشد.

براي دستيابي به بهترين نتيجه، ابتدا بايد پارامترهايي نظير قدرت ليزر و سرعت كار را مشخص كرد و سپس فاصله پر كردن بين نقاط را به دقت تنظيم نمود تا به محدوده پارامتري مطلوب دست يافت. اين فرايند نيازمند دقت و توجه ويژه‌اي است تا الگوهاي حكاكي به بهترين شكل ممكن ايجاد شوند.

تعداد پالس‌ها

تعداد پالس‌ها در فرآيند برش يكي از پارامترهاي كليدي است. براي برش قطعات كار ضخيم، لازم است چندين بار در يك مسير مشخص برش انجام شود. اين پارامتر، تعداد برش‌هايي را كه در يك مسير ثابت لازم است، مشخص مي‌كند. به‌طور كلي، پرتو ليزر كه از سر ابزار ليزر خارج مي‌شود، به شكل يك مخروط معكوس است و نقطه كانوني آن، بالاترين ميزان انرژي و قابليت برش را دارد. براي اطمينان از اينكه اين نقطه كانوني در هر برش بر روي قطعه كار قرار گيرد، سر ابزار ليزر به طور پيوسته با افزايش تعداد پالس‌ها، به ارتفاعي مشخص پايين مي‌آيد تا اين نقطه كانوني بتواند به سطح قطعه كار برسد. با اين حال، بايد توجه داشت كه سر ابزار ليزر نمي‌تواند به ارتفاعي نزديك به سطح قطعه كار كاهش يابد، زيرا اين امر ممكن است منجر به برخورد سر ابزار با قطعه كار شود. به‌علاوه، با عميق‌تر شدن برش، پرتو ليزر از دو طرف توسط قطعه كار محدود مي‌شود و اين مسأله باعث كاهش انرژي ليزر در نقطه برش مي‌گردد تا جايي كه ممكن است ديگر قادر به برش قطعه كار نباشد. بنابراين، افزايش بي‌حد تعداد پالس‌ها امكان‌پذير نيست و محدوديت‌هايي در اين زمينه وجود دارد.

نحوه‌ي يافتن پارامترهاي بهينه تنظيم قدرت و سرعت ليزر

براي تعيين بهترين تركيب پارامترهاي كار، لازم است كه تعداد مشخصي از آزمون‌هاي پارامتر ليزري انجام شود و مقادير پارامترها بر اساس عملكرد ليزر تنظيم گردد. دستگاه حكاكي و برش ليزري پرتو پديده رايمون قادر است تا عمليات ليزري را در سه حالت مختلف انجام دهد: حالت حكاكي خط پر شده، حكاكي پر نقطه و برش. در اين بخش، به بررسي نحوه تست پارامترهاي كار در هر يك از اين سه حالت خواهيم پرداخت.

حالت حكاكي خط پر شده

در حالت حكاكي خط پر شده، ماشين خطوط را حكاكي كرده و الگوهايي را ايجاد مي‌كند. كيفيت حكاكي به سه پارامتر اصلي بستگي دارد: فاصله پر كردن، قدرت ليزر و سرعت كار. براي تست فاصله پر كردن، ضخامت هر خط حكاكي‌شده با ليزر بر اساس قطر نقطه ليزري كه بر روي قطعه كار مي‌افتد، تعيين مي‌شود.

از منظر تئوريك، زماني كه ضخامت خط حكاكي شده ۰.۲۰ ميلي‌متر باشد، خطوط با فاصله ۰.۲۰ ميلي‌متر مي‌توانند به طور كامل سطح حكاكي را پوشش دهند و الگوي مطلوبي ايجاد كنند. اما در فرآيند حكاكي و برش ليزري، ممكن است ناحيه اثر ليزر دچار پخش و انحراف شود. به همين دليل، براي جلوگيري از همپوشاني لبه‌ها و كاهش احتمال نياز به حكاكي مجدد، معمولاً توصيه مي‌شود كه فاصله بين خطوط به ميزان ۰.۰۵ تا ۰.۱۰ ميلي‌متر افزايش يابد. در نتيجه، فاصله ايده‌آل ميان خطوط به حدود ۰.۲۵ تا ۰.۳۰ ميلي‌متر مي‌رسد. اگر فاصله خطوط از ۰.۳۰ ميلي‌متر بيشتر شود، رنگ الگوي حكاكي شده ممكن است به‌طور ظاهري روشن‌تر به نظر برسد و احتمال جدايي خطوط از يكديگر وجود دارد. با اين حال، در چنين شرايطي، اگر خطوط حكاكي شده داراي ضخامت كافي باشند و همپوشاني قابل توجهي را تجربه كنند، دقت فوكوس ليزر ممكن است تحت تأثير قرار گيرد و توان ليزر نيز ممكن است به حدي افزايش يابد كه بر كيفيت كار تأثير بگذارد. در اين موارد، تنها راهكار اين است كه فوكوس ليزر مجدداً تنظيم شود يا قدرت ليزر كاهش يابد تا نتايج بهتري حاصل گردد.

قدرت و سرعت كار

قدرت ليزر و سرعت كار هر دو از عوامل مهم در فرآيند حكاكي در دستگاه‎‌هاي برش ليزر غير فلزات به شمار مي‌آيند و مي‌توانند متغير باشند. در آزمايش پارامترها، مي‌توانيم يك مقدار ثابت را براي يكي از اين عوامل در نظر بگيريم و ديگري را به گونه‌اي تنظيم كنيم كه بهترين نتيجه حكاكي حاصل شود. به عنوان مثال، در اينجا سرعت كار را بر روي ۵۰۰ ميليمتر در ثانيه و فاصله خطوط را ۰.۲۵ ميليمتر مشخص مي‌كنيم و سپس تمركز خود را بر روي تغيير قدرت ليزر قرار مي‌دهيم. در اين مرحله، توان ليزر را به تدريج افزايش مي‌دهيم تا به مجموعه‌اي از مربع‌هاي ۱۰ در ۱۰ ميليمتر بر روي سطح قطعه كار حكاكي كنيم. اين روش به ما اين امكان را مي‌دهد كه با دقت بيشتري اثرات مختلف قدرت ليزر را مورد بررسي قرار دهيم و به بهترين تنظيمات ممكن دست يابيم.

از ميان اين مربع ها، بهترين اثر حكاكي را بر اساس اصل «خطوط شفاف و بدون زغال زايي بيش از حد» انتخاب مي كنيم و توان W _۱ مربوط به نتيجه را ثبت مي كنيم.

از نظر تئوري، ناحيه حكاكي روي قطعه كار ( S) ، انرژي جذب شده توسط سطح قطعه كار ( E )، توان ليزر ( W )، زمان حكاكي ( t ) و سرعت كار ( v ) را مي توان با معادلات زير بيان كرد:

E = W * t

t = S/v

بنابراين، E = S * W/v ، نشان مي دهد كه توان ليزر W نسبت مستقيمي با سرعت كار v دارد .

در آزمايش اول، متوجه شديم كه وقتي Work Speed ​​v _۱ باشد، توان مربوط به بهترين اثر حكاكي W _۱ است. براي حفظ بهترين اثر حكاكي، E را نمي‌توان تغيير داد. از طريق فرمول نظري E = S * W/v ، مي‌توان نتيجه گرفت كه اگر سرعت كار به v _۲ افزايش يابد ، قدرت حكاكي بايد به W _۲ افزايش يابد تا E بتواند بدون تغيير باقي بماند.

با اين حال، رابطه بين W و v ممكن است تحت تأثير بسياري از عوامل ديگر قرار گيرد و لزوماً به نسبت مستقيم نيست. بنابراين، پس از استنباط توان ليزر احتمالي مربوط به سرعت كار با استفاده از فرمول نظري، بايد آزمايش‌هاي بيشتري را انجام دهيم تا مطمئن شويم مي‌توانيم بهترين اثر حكاكي را داشته باشيم.

حالت حكاكي پر نقطه

در حالت Dot-filled Engraving، يك الگو توسط لكه هاي ليزري ايجاد مي شود. اثر حكاكي عمدتاً توسط سه پارامتر كار، يعني فاصله پر كردن، توان ليزر و زمان ماندن تعيين مي‌شود.

قدرت ليزر و زمان ماندن

روش تست قدرت ليزر و زمان ماندن در حالت حكاكي پر شده مشابه با حالت حكاكي پر شده با خط است. ابتدا، ما يك مقدار ثابت را به هر دو زمان Dwell و Fill Interval اختصاص مي‌دهيم. در اينجا Dwell Time t _۱ را روي ۵ ms/dot و Fill Interval را روي ۰.۱۴ ميلي متر قرار مي‌دهيم. سپس مقدار Laser Power را دقيق تنظيم مي‌كنيم و يك سري مربع به دست مي‌آوريم.

در حالت Dot-filled Engraving، معيار بهترين اثر حكاكي، رنگ تيره‌تر بدون زغال‌زدگي يا فرورفتگي بيش از حد روي سطح قطعه كار است. در طول فرآيند حكاكي، رابطه بين زمان ماندن t و توان ليزر W برابر است با E = W*t ( E انرژي جذب شده توسط قطعه كار براي هر نقطه حكاكي شده است).

در اولين آزمايش حكاكي نقطه‌اي، توان ليزر W۱ بهينه مربوط به زمان ماند t _۱ را ثبت مي‌كنيم و تركيب بهينه زمان ماندن و توان ليزر را در ساير سرعت‌هاي كاري از طريق W _۱ *t _۱ = W _۲ *t _۲ محاسبه مي‌كنيم. سپس از طريق آزمايش‌هاي بيشتر، مقادير بهينه پارامتر تعيين مي‌شود.

حالت برش

در فرآيند برش ليزري، يك قطعه كار با استفاده از پرتو ليزر با انرژي بالا بريده مي‌شود. اثر برش به طور عمده تحت تأثير سه عامل اصلي قرار دارد: توان ليزر، سرعت كار و تعداد پالس‌ها. به طور تئوريك، بين توان ليزر و سرعت كار يك رابطه مستقيم وجود دارد كه اين موضوع در برش ليزري نيز صدق مي‌كند. براي دستيابي به نتايج مشابه در برش، لازم است كه با افزايش توان ليزر، سرعت كار نيز به تناسب افزايش يابد.

هنگامي كه توان ليزر را بر روي مقادير بالاتر تنظيم مي‌كنيم و سرعت كار را بر اساس آن تنظيم مي‌نماييم، مي‌توانيم لبه‌هاي برش را با كيفيت بالاتر و زغال‌زدگي كمتري دريافت كنيم. بنابراين، در اكثر موارد، ما از ۱۰۰% توان ليزر استفاده مي‌كنيم و با تغيير سرعت كار، انرژي ليزر را كنترل مي‌كنيم.

پس از تعيين توان ليزر، تنظيم سرعت كار و تعداد پالس‌ها براي كنترل كيفيت برش بسيار مهم است. به منظور اطمينان از قابليت برش قطعه كار، بايد مقدار مناسبي براي تعداد پالس‌ها انتخاب شود. براي اين منظور، مي‌توانيم آزمايش‌هايي بر روي پارامترهاي برش انجام دهيم؛ به اين صورت كه مقادير سرعت كار و تعداد پالس‌ها را به صورت مرحله‌اي افزايش دهيم تا در نهايت الگوهايي مربع شكل بر روي قطعه كار ايجاد كنيم. اين روش به ما كمك مي‌كند تا بهترين تنظيمات را براي فرآيند برش ليزري شناسايي كنيم و كارايي دستگاه را به حداكثر برسانيم.

نتيجه‌گيري

پس از يك سري آزمايشات، پارامترهاي بهينه براي حكاكي يا برش انواع مواد را به دست آورده ايم. ما اميدواريم كه اين پارامترهاي توصيه شده بتواند به شما كمك كند حكاكي و برش ليزري را به سرعت انجام دهيد.